蜂窝网中d2d资源分配方法
【专利摘要】本发明公开了一种蜂窝网中D2D资源分配方法，包括如下步骤：第一步、UE测量上报；第二步、基站构图,形成图集；第三步、图着色，形成集合；第四步、资源分配，资源分配为经过图着色以后，得到颜色数m，即所有D2D对被分成m个子集，每个子集中的D2D对数不等，每一个子集使用相同的子带资源；然后使用基于效用的资源分配方法来最大化频率利用率。本发明的蜂窝网中D2D资源分配方法与现有技术相比：具有统计详细，分析详细，并且可以掌控各种局面，估计到所有可能性。
【专利说明】蜂窝网中D2D资源分配方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通讯领域，特别是一种蜂窝网中D2D资源分配方法。
【背景技术】
[0002]随着移动互联网的高速发展，移动业务量急剧增长，对速率、无缝传输等方面的要求越来越高，带宽需求不断加大，但移动网络能够使用的带宽资源是有限的。要解决业务增长与资源受限的矛盾，就要不断发掘新的移动通信技术。其中一种有效的办法是在蜂窝网络中引入D2D(Device-to-Device)通信技术，即在地里位置上距离较近的移动设备可以直接进行通信，而不用遵循传统“设备-基站-设备”的通信模式。在蜂窝网中应用D2D通信示意如图1所示。在蜂窝系统中引入D2D通信带来的益处有:提高系统吞吐率、频谱利用率，分担基站负载和减小终端电源消耗等。
[0003]D2D资源分配模式关系到能否获得上述益处、以及对蜂窝系统的影响，因而D2D资源分配是在蜂窝网中应用D2D通信的关键问题。D2D通信在蜂窝网中的资源分配模式有三种方式:上行频段共享、下行频段共享和专用模式。前两种是复用模式，即D2D underlay部署在蜂窝网中；第三种是正交模式，即D2D overlay部署在蜂窝网中。图2展示了复用模式下的干扰场景:
[0004]D2D使用下行资源时:D2D通信干扰本小区和邻小区使用相同资源的蜂窝UE (UserEquipment)，同时本小区和邻小区下行链路也会干扰D2D通信接收UE。
[0005]D2D使用上行资源时:D2D通信干扰本小区和邻小区基站，蜂窝小区的上行链路会干扰D2D通信的接收UE。
[0006]在当前的D2D通信研究中，绝大部分的研究针对D2D对复用CUE (Cellular UserEquipment)的频率资源。D2D复用CUE上行链路资源被干扰的是基站侧，而复用下行链路资源被干扰的是CUE侧，因此大部分的研究都采取D2D复用上行链路资源。现有的研究通常是通过功率控制和巧妙的资源分配来减小D2D通信对蜂窝网络通信的干扰，如考虑本地干扰情况、避免远近干扰等。
[0007]采用正交模式不会对蜂窝系统造成干扰，现有技术中，D2D使用与CUE正交的频率资源，但需要承担为CUE中继的责任。
[0008]现有的【背景技术】具有如下缺点:
[0009]采用复用模式，尽管可以通过功率控制和资源分配来降低干扰，但不能完全消除，不可避免地对蜂窝通信造成不良影响。
[0010]多数研究所用的的模型都是单小区只有一个D2D对和一个CUE。而实际中的应用场景是多个CUE和多个D2D对同时存在。
[0011]缺少对正交模式的研究。虽然有了针对正交模式的资源分配，但D2D对之间的资源也是正交的，频率资源没有充分利用。
【发明内容】
[0012]本发明是解决上述问题，提供一种将蜂窝网络分配一个资源池给D2D通信，与原有蜂窝通信相互正交。资源池被分为若干子带资源，通常子带数小于D2D对数，多个D2D对可以复用同一子带资源。构造一个图集，每个D2D对映射为图集中的一个节点，节点之间的邻接性由节点间的互干扰大小决定。对图集进行图着色，着相同颜色的节点对应的D2D对使用相同的频率资源，即完成了 D2D对之间的复用选择。基于图着色的结果，本文提出了一种基于效用的资源分配方法，子带资源大小与使用每一种颜色的D2D对数成正比，即复用同一种颜色的D2D对数越多，分配的资源就越多。
[0013]本发明的蜂窝网中D2D资源分配方法，包括如下步骤:
[0014]第一步、UE测量上报；UE测量上报为基站通过UE测量上报可以获得D2D对间的干扰信息；首先基站给每个D2D通信对分配一个特有的D2D通信ID或标识，然后开始UE测量上报流程，对于任意一个循环，D2D,的发射端发送探测消息(时分或频分)，其他D2D对用户的接收端侦听探测消息Prob，然后将接收到的探测信号的相关信息反馈给eNB。这里假设所有的探测信号均以最大发射功率发送，探测消息和反馈消息都包含各自的D2D通信ID或标识信息；
[0015]第二步、基站构图，形成图集；基站构图为基站获得所有D2D对之间的链路增益，构建一个图集，其中的点表示一个D2D通信对，点和点之间有连线表示两个D2D通信对之间的干扰较大，不能使用相同的资源；两个点之间没有连线表示两个D2D对之间的干扰较小，可以复用相同的资源；
[0016]第三步、图着色，形成集合；图着色为是将第二步中的图集进行点着色；
[0017]第四步、资源分配，资源分配为经过图着色以后，得到颜色数m，即所有D2D对被分成m个子集，每个子集中的D2D对数不等，每一个子集使用相同的子带资源；然后使用基于效用的资源分配方法来最大化频率利用率。
[0018]所述UE测量上报会出现如下情况:基站预先设定一个接收功率门限值 ΡΜ，并且把这一门限值广播给所有D2D用户；D2Di为发射端，D2Dj为接收端，D2Di发送探测信号时，D2Dj侦听Prob信号，若侦听到的Prob信号功率Pr≥ Prx,则认为D2Di对自身的干扰较大，发送一个反馈消息给基站；否则，不做任何操作。
[0019]所述UE测量上报情况需要如下信令交互过程:基站广播接收功率门限和D2D对用户上报；基站广播接收功率门限只需一次信令交互；而由于每个循环中只有受到干扰的D2D用户才上报，所有D2D对用户上报次数之和取决于D2D对之间的干扰情况；最坏的情况是任意两个D2D对之间均存在干扰，即每一次循环中，有N-1个D2D用户需要向基站上报，所有D2D对用户上报次数为N (N-1);完成整个UE测量上报过程，在最坏的情况下所需的总的信令交互次数为N (N-1) +1。
[0020]所述基站构图基于接收信号功率方案，在基站侧，对于任意一个循环，D2D,发送探测信号，若基站收到D2D」的反馈信息，则在图集中代表D2Di和D2D」的两点间添加连线；反之，在图集中代表D2DjPD2Dd^两点间不连线；这样经过一个循环以后就完成了构图操作。
[0021]所述UE测量上报会出现如下情况:D2Di发送探测信号时，D2Dj侦听Prob信号，然后把侦听到的Prob信号功率反馈给基站。此外，为了获得D2Di的发射端到接收端的链路增益信息，D2Di的接收端也需要向基站上报接收到的Prob信号功率。
[0022]所述UE测量上报情况需要如下信令交互过程:信令交互仅含D2D对用户向eNB上报接收信号功率，每一个循环有N个D2D对用户上报，总的上报次数为:N2。
[0023]所述基站构图基于SIR方案，预先设定一个SIR门限值 SIK，首先假定所有D2D对都复用相同的资源，即所有D2D对之间均存在互干扰。对于任意一个D2Di;依照其余D2D对用户对D2Di的干扰从强到弱的顺序不断剔除干扰项，直到SIR(i) ≥rsiK为止，所有剔除项所对应的D2D对与D2Di互干扰较强，在图集中邻接。循环N次，就完成了构图。
[0024]所述基站构图基于效用方案，为遍历方案，可用最大颜色数为N，实际使用颜色数可以是从I到N，一共有N种可能。然后，每一次遍历循环都进行构图、着色和资源分配，并根据公式计算和效用；遍历N种可能的构图着色方案，找出使得系统和效用最大的一种方案。
[0025]所述图着色方案为采用最大度优先算法或者最大饱和度优先算法，得到需要的颜色数m以及使用每一种颜色的节点数ki;然后基站直接对图集进行点着色。
[0026]所述图着色方案为每一次的遍历循环中，如第k次循环，首先按照节点度数递减的顺序选出k个节点使用k种不同的颜色，然后其余N-k个节点在k种颜色中选择互干扰(指复用同一颜色的节点间互干扰)最小的一种颜色。
[0027]所述资源分配为假设D2D用户数为N，分配给D2D用户的总带宽为W，分成m个子
带，编号为W(1)，W(2)，…，Ww，
【权利要求】
1.一种蜂窝网中D2D资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤: 第一步、UE测量上报;UE测量上报为基站通过UE测量上报可以获得D2D对间的干扰信息；首先基站给每个D2D通信对分配一个特有的D2D通信ID或标识，然后开始UE测量上报流程，对于任意一个循环，D2D,的发射端发送探测消息(时分或频分)，其他D2D对用户的接收端侦听探测消息Prob，然后将接收到的探测信号的相关信息反馈给eNB。这里假设所有的探测信号均以最大发射功率发送，探测消息和反馈消息都包含各自的D2D通信ID或标识息; 第二步、基站构图，形成图集；基站构图为基站获得所有D2D对之间的链路增益，构建一个图集，其中的点表示一个D2D通信对，点和点之间有连线表示两个D2D通信对之间的干扰较大，不能使用相同的资源；两个点之间没有连线表示两个D2D对之间的干扰较小，可以复用相同的资源； 第三步、图着色，形成集合；图着色为是将第二步中的图集进行点着色； 第四步、资源分配，资源分配为经过图着色以后，得到颜色数m，即所有D2D对被分成m个子集，每个子集中的D2D对数不等，每一个子集使用相同的子带资源；然后使用基于效用的资源分配方法来最大化频率利用率。
2.如权利要求1所述的蜂窝网中D2D资源分配方法，其特征在于:所述UE测量上报会出现如下情况:基站预先设定一个接收功率门限值gammaΡΜ，并且把这一门限值广播给所有D2D用户；D2Di为发射端，D2Dj为接收端，?2?,发送探测信号时，D2Dj侦听Prob信号，若侦听到的Prob信号功率Pr≥gamma Prx,则认为D2Di对自身的干扰较大，发送一个反馈消息给基站；否则，不做任何操作。
3.如权利要求2所述的蜂窝网中D2D资源分配方法，其特征在于:所述UE测量上报情况需要如下信令交互过程:基站广播接收功率门限和D2D对用户上报；基站广播接收功率门限只需一次信令交互；而由于每个循环中只有受到干扰的D2D用户才上报，所有D2D对用户上报次数之和取决于D2D对之间的干扰情况；最坏的情况是任意两个D2D对之间均存在干扰，即每一次循环中，有N-1个D2D用户需要向基站上报，所有D2D对用户上报次数为N(N-1);完成整个UE测量上报过程，在最坏的情况下所需的总的信令交互次数为N (N-1)+1。
4.如权利要求3所述的蜂窝网中D2D资源分配方法，其特征在于:所述基站构图基于接收信号功率方案，在基站侧，对于任意一个循环，D2D,发送探测信号，若基站收到D2Dj_的反馈信息，则在图集中代表D2DjPD2Dj的两点间添加连线；反之，在图集中代表D2DJPD2Dj的两点间不连线；这样经过一个循环以后就完成了构图操作。
5.如权利要求1所述的蜂窝网中D2D资源分配方法，其特征在于:所述UE测量上报会出现如下情况:D2Di发送探测信号时，D2D」侦听Prob信号，然后把侦听到的Prob信号功率反馈给基站。此外，为了获得D2Di的发射端到接收端的链路增益信息，D2D,的接收端也需要向基站上报接收到的Prob信号功率。
6.如权利要求5所述的蜂窝网中D2D资源分配方法，其特征在于:所述UE测量上报情况需要如下信令交互过程:信令交互仅含D2D对用户向eNB上报接收信号功率，每一个循环有N个D2D对用户上报，总的上报次数为:N2。
7.如权利要求6所述的蜂窝网中D2D资源分配方法，其特征在于:所述基站构图基于SIR方案，预先设定一个SIR门限值gamma SIE,首先假定所有D2D对都复用相同的资源，即所有D2D对之间均存在互干扰。对于任意一个D2Di;依照其余D2D对用户对D2Di的干扰从强到弱的顺序不断剔除干扰项，直到SIR(i) ^ rsiK为止，所有剔除项所对应的D2D对与D2DiS干扰较强，在图集中邻接。循环N次,就完成了构图。
8.如权利要求7所述的蜂窝网中D2D资源分配方法，其特征在于:所述基站构图基于效用方案，为遍历方案，可用最大颜色数为N，实际使用颜色数可以是从I到N，一共有N种可能。然后，每一次遍历循环都进行构图、着色和资源分配，并根据公式计算和效用；遍历N种可能的构图着色方案，找出使得系统和效用最大的一种方案。
9.如权利要求4或7所述的蜂窝网中D2D资源分配方法，其特征在于:所述图着色方案为采用最大度优先算法或者最大饱和度优先算法，得到需要的颜色数m以及使用每一种颜色的节点数ki;然后基站直接对图集进行点着色。
10.如权利要求8所述的蜂窝网中D2D资源分配方法，其特征在于:所述图着色方案为每一次的遍历循环中，如第k次循环,首先按照节点度数递减的顺序选出k个节点使用k种不同的颜色，然后其余N-k个节点在k种颜色中选择互干扰(指复用同一颜色的节点间互干扰)最小的一种颜色。
11.如权利要求9或者10所述的蜂窝网中D2D资源分配方法，其特征在于:所述资源分配为假设D2D用户数为N，分配给D2D用户的总带宽为W，分成m个子带，编号为
界(1)，
【文档编号】H04W72/04GK103974288SQ201410223369
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】熊文汇, 张建昌 申请人:电子科技大学